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区别:1、寄存器分配不同,x64 有 16 个寄存器,x86 只有 8 个寄存器;2、汇编指令不同;3、函数调用不同;4、参数传递不同;5、栈帧不同,x64 没有栈帧的指针,而 x86 用 ebp 作为栈帧指针;6、x64 的运算速度比 x86 高。
本教程操作环境:linux5.9.8 系统、Dell G3 电脑。
Linux x86(32 位)和 x64(64 位)的区别
0x01:寄存器分配的不同
(1)64 位有 16 个寄存器,32 位只有 8 个。但是 32 位前 8 个都有不同的命名,分别是 e _,而 64 位前 8 个使用了 r 代替 e,也就是 r _。e 开头的寄存器命名依然可以直接运用于相应寄存器的低 32 位,而剩下的寄存器名则是从 r8 – r15,其低位分别用 d、w、b 指定长度;
(2)32 位使用栈帧来作为传递的参数的保存位置,而 64 位使用寄存器,分别用 rdi,rsi,rdx,rcx,r8,r9 作为第 1 - 6 个参数,rax 作为返回值;
(3)64 位没有栈帧的指针,32 位用 ebp 作为栈帧指针,64 位取消了这个设定,rbp 作为通用寄存器使用;
(4)64 位支持一些形式的以 PC 相关的寻址,而 32 位只有在 jmp 的时候才会用到这种寻址方式;
0x02:(新增)汇编指令的不同
mov、push、pop 扩展了 movq 系列的 mov 和 pushq 以及 popq 用来操作 quad word。
补充:
(1)movabsq 不是 32 位的扩展,是纯新增的指令。用来将一个 64 位的字面值直接存到一个 64 位寄存器中。因为 movq 只能将 32 位的值存入,所以新增了这样一条指令
(2)64 位的汇编代码在 ret 之前可能会加一句 rep,这里的 rep 没有实际意义,只是出于 AMD 处理器的原因,避免 jmp 所到达的地方直接就是 ret,这样会使得处理器运行更快一些
0x03:函数调用的不同
(1)x_64 的参数通过寄存器传递(见前文);
callq 在栈里存放一个 8 位的返回地址;
(2)许多函数不再有栈帧,只有无法将所有本地变量放在寄存器里的才会在栈上分配空间;
(3)函数可以获取到栈至多 128 字节的空间。这样函数就可以在不更改栈指针的情况下在栈上存储信息(也就是说,可以提前用 rsp 以下的 128 字节空间,这段空间被称为 red zone,在 x86-64 里,时刻可用);
(4)不再有栈帧指针,现在栈的位置和栈指针相关。大多数函数在调用的一开始就分配全部所需栈空间,之后保持栈指针不改变;
(5)一些寄存器被设计成为被调用者 - 存储的寄存器,这些必须在需要改变他们值的时候存储他们并且之后恢复他们。
0x04:参数传递的不同
(1)6 个寄存器用来传递参数(见前文);
(2)剩下的寄存器按照之前的方式传递(不过是与 rsp 相关了,ebp 不再作为栈帧指针,并且从 rsp 开始第 7 个参数,rsp+ 8 开始第 8 个,以此类推);
(3)调用时,rsp 向下移动 8 位(存入返回地址),寄存器参数无影响,第 7 个及之后的参数现在则是从 rsp+ 8 开始第 7 个,rsp+16 开始第 8 个,以此类推;
0x05:栈帧的不同
很多情况下不再需要栈帧,比如在没有调用别的函数,且寄存器足以存储参数,那么就只需要存储返回地址即可。
需要栈帧的情况:
(1)本地变量太多,寄存器不够;
(2)一些本地变量是数组或结构体;
(3)函数使用了取地址操作符来计算一个本地变量的地址;
(4)函数必须用栈传送一些参数给另外一个函数;
(5)函数需要保存一些由被调用者存储的寄存器的状态(以便于恢复);
但是现在的栈帧经常是固定大小的,在函数调用的最开始就被设定,在整个调用期间,栈顶指针保持不变,这样就可以通过对其再加上偏移量来对相应的值进行操作,于是 EBP 就不再需要作为栈帧指针了。虽然很多时候我们认为没有“栈帧”,但是每次函数调用都一定有一个返回地址被压栈,我们可以也认为这一个地址就是一个“栈帧”,因为它也保存了调用者的状态。
0x06:运算速度不同
64 位 cpu 的数据宽度为 64 位,64 位指令集可以运行 64 位数据指令,也就是说处理器一次可提取 64 位数据,比 32 位提高了一倍,理论上性能会相应提升 1 倍。
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